舰船局部结构在水下爆炸气泡载荷作用下的塑性变形分析

在水下爆炸载荷作用下的舰船局部结构塑性变形计算中,往往只考虑冲击波载荷的影响而忽略气泡载荷的影响。为研究气泡载荷在舰船局部结构塑性变形中所占的比例,利用通用有限元软件Abaqus,对舰船局部结构典型形式加筋板模型在水下爆炸载荷作用下的动态响应进行了数值仿真。其中,载荷计算采用了Geers-Hunter模型,材料本构采用了Johnson-Cook模型。分析仿真结果发现,模型中点变形挠度明显分为两个阶段,很容易区分冲击波载荷引起的变形和气泡载荷引起的变形。将最终变形挠度仿真计算结果与试验结果进行对比,两者吻合较好。计算结果表明:由气泡载荷引起的加筋板塑性变形挠度超过总变形挠度的30%,所以在计算中气泡载荷的影响不容忽视。     

不同边界条件下水下爆炸气泡的数值模拟

采用有限元程序MSC.Dytran对不同边界条件下水下爆炸气泡的脉动过程进行了数值模拟。对数值模拟中的一些重要问题,如炸药药包的建模、网格密度、状态方程和静压力场的设定等问题进行了探讨。对无限水域中的水下爆炸气泡以及自由面边界、水平刚性面边界和垂直刚性面边界三种边界条件下的水下爆炸气泡进行了数值模拟,分析了水下爆炸气泡的半径、外形变化、气泡脉动压力、流场中的速度分布,结果发现边界的存在对气泡外形的影响较大,刚性边界面会使气泡脉动压力增大较多,而自由面边界对气泡脉动压力的影响较小。将数值模拟的结果与理论模型、经验公式和试验结果进行了比较分析,结果吻合较好。     

冲击波和气泡载荷联合作用下加筋板塑性变形

水下爆炸冲击波和气泡载荷对舰船结构都有不同程度的毁伤作用,计算舰船结构在水下爆炸载荷作用下的塑性变形时,需要同时考虑两种载荷的影响.通过对加筋板结构刚塑性分析,运用Lagrangian方程,得到一种计算冲击波和气泡脉动压力波联合作用下加筋板塑性变形的方法.该方法计算结果与试验值和文献值吻合较好.对该计算方法的适用范围进...     

垂直刚性面边界条件下水下爆炸气泡运动的理论研究

为研究垂直边界面对水下爆炸气泡脉动的影响,根据势流理论建立了垂直边界面条件下水下爆炸气泡运动的理论模型,编制计算程序进行求解。对水下爆炸气泡脉动运动的特点、流场的速度及压力的分布、气泡引起的载荷形式进行了分析,结果表明,此模型能够反映水下爆炸气泡和周围流体介质的运动规律,并能进行定量的计算。     

柱状炸药自由空气爆炸的网格划分方法研究

网格划分方法对自由空气爆炸冲击波传播过程的数值模拟精度有较大影响,且不同当量下网格划分方法亦有较大区别.通过使用LS-DYNA软件对柱状炸药的爆炸冲击波传播过程进行数值模拟,以Henrych经验公式为验证依据,分析了网格划分方法在不同比例距离处对超压峰值的误差影响;以"网格尺寸与炸药半径之比"作为网格尺寸划分依据,以比...     

坑道内爆炸冲击波的三维数值模拟与试验验证

采用多物质ALE算法,利用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立了坑道内爆炸冲击波的三维数值计算模型。通过与试验实测数据对比,分析了网格尺寸、人工黏性系数、坑道长度等对数值计算结果的影响规律。结果表明:网格尺寸和人工黏性系数对计算结果的影响较大;坑道出口产生的稀疏波会使数值计算结果失真,数值计算时坑道长度宜为所研究测点到爆炸源距离的1.5倍。冲击波超压峰值和冲量计算值与试验实测值的最大误差分别为8.9%和3.1%。     

浅水爆炸特性数值模拟研究

为对浅水爆炸的荷载特性进行研究,首先采用LS-DYNA建立的浅水爆炸三维数值模拟模型对浅水爆炸的冲击波传播与气泡脉动进行了模拟,通过与经验计算公式对比验证了模型的可信性;然后,对浅水爆炸的荷载特点和分布规律进行了分析,并初步探究了水面及水底的影响规律,得到如下结论:LS-DYNA可实现浅水爆炸的有效模拟,模拟结果符合理论形态,且计算得到的荷载峰压和比冲量等特性参数与经验公式吻合良好。浅水爆炸荷载峰压在冲击波传播阶段出现,气泡脉动阶段荷载的比冲量则明显高于冲击波传播阶段,在浅水爆炸毁伤效应研究中,以上两个阶段均需考虑。炸药起爆深度附近及其以下水域为浅水爆炸荷载的主要作用区域。水面反射稀疏波和水底反射冲击波的峰压和衰减时间与冲击波相近;随着爆深增加,反射波对水面及水底附近位置影响增大,对水域中间位置的影响先减小后增大。     

水下近距爆炸作用下弹性钢板处的空化特性研究

弹性钢板在水下近距爆炸作用下,冲击波会使其附近流体形成局部空化,脉动气泡会使流体形成锥形空化。利用平面冲击波理论对局部空化的形成特性进行了研究,理论分析了结构目标尺度的变化对空化区域形成的影响,并通过具体试验对局部空化理论进行了验证,两者符合较好;通过试验和数值仿真方法研究了气泡脉动引起的锥形空化的形成特点,初步分析了锥形空化的形成原因。结果表明,锥形空化对结构具有较大的冲击作用。     

动爆冲击波场空间位置分布规律研究

为研究装药速度对爆炸冲击波场空间位置分布规律的影响,对不同速度装药的空中爆炸冲击波场进行了数值模拟,获取了动爆冲击波场演化历程图像。仿真结果表明：装药速度影响下爆炸冲击波波阵面的形状不再为球形,并且冲击波作用场呈现沿装药速度方向移动的现象,其移动量可以由波阵面所围区域几何中心的移动来表征,移动停止时几何中心的移动距离与装药速度大小近似成正比。对几何中心的移动距离开展了量纲分析,并在仿真数据的基础上建立了装药速度影响下几何中心移动距离的工程计算模型,校验结果表明,计算模型的精度较好,具有一定普适性。     

大型水面舰艇在重型鱼雷水下近距爆炸作用下的毁伤效应

以单发某重型鱼雷击沉DD973驱逐舰的实船打靶试验为例,揭示了船体梁结构在船中底部近距离水下爆炸作用下最终呈现中垂破坏现象.建立了该问题的物理仿真模型,再现了船体梁在水下爆炸近场冲击波正压和负压交替作用下的中垂破坏过程.与实船打靶试验情况进行对比的结果验证了数值计算结果的有效性.在此基础上,分析了船体梁结构在水下爆炸近场球面冲击波和动态气泡作用下的内力和变形规律.     

数值模拟方法对浅水爆炸荷载的影响

采用LS-Dyna和MSC.Dytran分别建立了浅水爆炸的三维数值仿真模型,通过仿真现象和与经验公式的对比验证了模型的可信性。对二者的仿真结果进行了对比研究,得到如下结论:MSC.Dytran的边界设定和流固耦合能力更强,气泡脉动速度和周期衰减更快且最大半径较大,对气泡脉动峰压和冲击波比冲量的仿真更为精确;LS-Dyna仿真水底的反射作用更加明显,对冲击波峰压和气泡脉动比冲量的仿真效果更好,且仿真荷载的主要分布位置比MSC.Dytran仿真更接近水底。二者仿真气泡溃散形态有所区别,且待进一步开展试验研究以验证。     

近壁面水下爆炸冲击波载荷参数研究

水下爆炸过程中结构会受到冲击波载荷的作用同,同时结构也会对冲击波栽荷产生反作用.为了解结构对冲击波参数的影响规律,从牛顿第二定律出发,推导了冲击波压力、正压作用时间和比冲量与板厚之间的关系.为验证计算方法的正确性,设计了验证性试验,试验证实计算结果与试验结果吻合较好.计算表明:冲击波载荷参数主要受到板厚的影响,板厚越厚...     

圆柱壳承受水下爆炸作用时的动响应

本文提出了有限水域内水下爆炸实验设计的一般考虑方法,结合实验结果得到了各种条件(λ/D)下圆柱壳受水下爆炸作用时的壁压分布规律,采用塑性动力学中绝对最小原理对结构响应进行了数值计算,给出了冲击波作用下圆柱壳响应的一种偏安全估算方法。     

舰船静置爆炸气泡时总纵强度计算方法研究

新型"大气泡能"概念武器在水下爆炸能产生大气泡,对船体总纵强度造成很大影响,有可能使舰体发生纵向折断或倾覆。为研究这种作用,建立了舰船静置爆炸气泡时总纵弯曲强度的理论计算方法。采用静置爆炸气泡的假设,将气泡产生的浮力损失和压力差转化为等效载荷,计算气泡作用后船体的总纵弯矩和剪力并进行强度校核。以某舰艇为例进行计算,结果表明,爆炸气泡作用下船体的剪力和弯矩比静浮状态增大很多,船体发生纵向折断破坏的危险性也随之增大。     

水下近场非接触爆炸载荷作用下加筋板毁伤变形的数值仿真研究

采用高动态非线性有限元程序MSC.Dytran对复杂加筋板结构在水下爆炸载荷下的动态响应和变形模式进行了仿真分析和模型试验,建立了复杂加筋板架结构水下爆炸作用下动态响应的有限元计算方法.研究了加筋板在水下爆炸载荷下的不同毁伤形式,并利用有限元程序对复杂毁伤形式进行了瞬态毁伤过程分析,认为一定药量近距离爆炸时局部破坏要先于整体破坏.     

水面平板下方非球状爆炸气泡运动数值模拟

基于势流假设,采用线性三角形单元直接边界元法对气泡外的水流流场进行计算,并采用二阶龙格-库塔法追踪气泡形状变化。同时,为了保证数值计算稳定,采用弹性网格技术对气泡表面网格进行光滑处理,并对近距离情况水下爆炸进行了计算,得到了气泡外形和作用于平板表面上压强随时间变化的规律。将计算结果与已有结果进行了比较分析,两者吻合较好,证明了该计算方法和计算程序的可信性。     

不同材料壳体装药在空气中爆炸威力试验研究

为评估装药壳体材料对爆炸毁伤威力的影响,对裸装药、碳纤维复合壳体、钢壳体装药在空气中的爆炸破坏效应进行了试验研究,试验获得了3种装药冲击波超压曲线.试验结果表明,同样装药情况下,裸装药爆炸冲击渡超压大于带壳装药,碳纤维复合材料壳体装药爆炸产生的冲击波超压相对钢壳体装药高,且不会产生破片对远距离目标造成破坏;而钢壳体装药爆炸产生的破片对远距离目标具有一定的杀伤效应.     

坑道截面形状对爆炸冲击波传播规律的影响

为研究坑道截面形状对爆炸冲击波传播规律的影响,设计了 4种截面积相等但形状不同的坑道结构,利用有限元仿真软件对5 kg TNT球形裸装药在坑道内爆炸产生的冲击波传播过程进行了数值模拟,得到了圆形坑道内冲击波的传播规律以及不同截面形状对冲击波参数的影响规律.圆形坑道内冲击波超压峰值和比冲量的初始值最大,衰减最快;随着传播...     

水下爆炸中自由场压力和船体壁压的测量与分析

对水下爆炸中自由场压力的水面截断效应及冲击裁荷与船体相互作用的船体壁压进行了分析,得出了自由场压力的水面截断效应及早期的船体壁压计算近似公式.测量结果表明,球形装药中心起爆后形成的冲击波一般不是一条光滑曲线,而是会有多个振荡峰;当自由场压力测点离水面较近时,测量的自由场压力会出现明显的水面截断现象;船板在水中爆炸冲击渡的作用下产生的运动和变形对水中压力场有很大影响,舰体壁压反射系数与冲击波的入射角度有关.     

整体爆破弹头爆炸当量定量评价研究

整体爆破弹头爆炸当量定量评价受装药量、装药类型等多种因素的影响。为了给出较为准确的实验结果,归纳分析3冲击波传播规律经验公式,构建了整体爆破弹头爆炸当量量化计算分析模型,实现了整体爆破弹头爆炸当量的定量评价,可以有效提升毁伤实验结果的可信度。